含鉻廢水高效膜處理新技術(shù)的應(yīng)用

王建剛 張偉東崔怡亭 李軍記 王偉兵谷松濤

（1鄭州大學(xué)綜合設(shè)計研究院膜分離技術(shù)研究所 河南鄭州 450000 2鄭州銀科爾科技有限公司 河南鄭州 450000）

含鉻廢水高效膜處理新技術(shù)的應(yīng)用

王建剛1張偉東1崔怡亭1李軍記1王偉兵2谷松濤2

（1鄭州大學(xué)綜合設(shè)計研究院膜分離技術(shù)研究所 河南鄭州 450000 2鄭州銀科爾科技有限公司 河南鄭州 450000）

本文對含鉻廢水的傳統(tǒng)處理技術(shù)進(jìn)行了簡要論述，并介紹了超濾膜分離技術(shù)在含鉻廢水處理中的優(yōu)缺點，著重闡述了高效膜處理新技術(shù)對膜污染的控制及在含鉻廢水處理中的應(yīng)用與資源化綜合利用。

含鉻廢水；傳統(tǒng)方法；膜分離技術(shù)；資源化綜合利用

近年來隨著工業(yè)生產(chǎn)和城市現(xiàn)代化水平的發(fā)展，廢水排放量日趨增大，水源中重金屬積累加劇，重金屬污染越來越嚴(yán)重。按照國家“十二五”規(guī)劃的要求，重金屬廢水治理為污水處理中的一項重要內(nèi)容，重金屬廢水的治理刻不容緩[1]。含鉻廢水作為重金屬廢水中的一類污染物，污染問題日益突出。含鉻廢水主要來源于電鍍、制革、化工、顏料、冶金、耐火材料等行業(yè)。含鉻廢水中鉻的存在形式有Cr6+和Cr3+兩種，其中以Cr6+的毒性最大，它的毒性比Cr3+約高一百倍，可引起肺癌、腸道疾病和貧血等[2]。鑒于六價鉻對環(huán)境的嚴(yán)重危害作用，環(huán)保部對鉻的排放有嚴(yán)格的規(guī)定，在《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB21900-2008）中規(guī)定，新建企業(yè)的車間或生產(chǎn)設(shè)施廢水排放口，水中Cr6+的最高容許濃度為0.2mg/L，總鉻的最高容許濃度為1.0mg/L，并不得用稀釋法代替必要的處理。就電鍍廢水而言，全國約有1萬家電鍍廠，每年排放出的廢水達(dá)40× 108m3，并且呈逐年上升趨勢。對含鉻廢水的治理受到國內(nèi)外科研工作者的高度重視。本文論述了含鉻廢水的處理現(xiàn)狀及超濾膜分離技術(shù)的優(yōu)缺點，并著重闡述了高效膜處理新技術(shù)在含鉻廢水中的應(yīng)用及發(fā)展趨勢。

1 含鉻廢水的傳統(tǒng)處理技術(shù)

電鍍廢水中的六價鉻主要以CrO42-和Cr2O72-兩種形式存在，在酸性條件下，六價鉻主要以Cr2O72-形式存在，堿性條件下則以CrO42-形式存在。對含鉻廢水的治理一般可分為兩大類[3]：一類是以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)為目的，如化學(xué)還原法、電解法等；另一類是以回用廢水或者回收鉻資源為目的，如鋇鹽法、離子交換法和活性炭吸附法、膜分離法等。

傳統(tǒng)的含鉻廢水處理技術(shù)主要包括化學(xué)法（化學(xué)沉淀法、鐵氧體法、二氧化硫法）、電解法、離子交換法等?；瘜W(xué)還原法、沉淀法處理含鉻廢水雖然工藝簡單，但是廢水中Cr6+含量容易出現(xiàn)反彈現(xiàn)象。電化學(xué)法處理含鉻廢水的主要優(yōu)點是離子選擇性高，便于對處理產(chǎn)物回收利用，克服了沉淀法處理含鉻廢水的不足。但是電化學(xué)法耗電量大，處理費用高，處理時間長，而且產(chǎn)生的大量沉渣容易結(jié)塊，影響處理系統(tǒng)運行。鐵氧體法處理含鉻廢水雖然處理量大、凈化效果好、去除率高，并最終能得到回收產(chǎn)物鐵氧體，但是鐵氧體的回收利用價值不高。離子交換法主要應(yīng)用于處理電鍍含鉻廢水，出水水質(zhì)好，可回收有用物質(zhì)，便于實現(xiàn)自動化。但該法的樹脂易被氧化和污染，對預(yù)處理要求較高。

2 超濾膜分離技術(shù)對含鉻廢水處理的優(yōu)缺點

膜分離法是一種新型隔膜分離技術(shù)，利用一種特殊的半透膜使溶液中的某些組分隔開，某些溶質(zhì)和溶劑滲透而達(dá)到分離、純化、濃縮的目的[4]。它具有分離效率高、無相變、無二次污染、能耗低、等優(yōu)點，被譽為本世紀(jì)最具有應(yīng)用前景的六大新技術(shù)之一。

超濾膜技術(shù)作為膜分離技術(shù)中的一種也迅速的發(fā)展起來，它是一種以機(jī)械篩分原理為基礎(chǔ)，以膜兩側(cè)壓差（100 KPa～100 KPa）為驅(qū)動力的膜分離技術(shù)。它可分離液相中分子量大于500道爾頓、粒徑大于2 nm～20 nm的顆粒。用超濾技術(shù)去除實驗室廢液中Cr6+，處理后的廢液中Cr6+濃度符合國家一級污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。銀玉容等[5]用抗污染超濾膜（聚偏氟乙烯合金膜）、高壓納濾膜（聚芳香酰胺膜）處理含Cr6+，Ni2+，Cu2+等重金屬離子的電鍍廢水，工藝流程為：電鍍廢水—預(yù)處理（加入Na2SO3先將Cr6+還原為Cr3+，然后將電鍍廢水PH值調(diào)節(jié)至堿性，金屬離子與OH-結(jié)合生成沉淀，再加入絮凝劑絮凝沉淀）—抗污染膜超濾—高壓納濾，實驗結(jié)果顯示采用抗污染膜超濾—納濾多級膜處理后Cr6+去除率可達(dá)93.8%，電鍍廢水可達(dá)電鍍清洗水標(biāo)準(zhǔn)，回用率達(dá)到85%。易瓊[6]通過向?qū)嶒炇覐U液中加入NaOH調(diào)節(jié)pH值，采用微濾+超濾工藝對水的濁度卻具有很好的去除效果。與傳統(tǒng)含鉻廢水處理技術(shù)相比，超濾膜技術(shù)具有高效、快捷、處理效果好等優(yōu)點，但在運行過程中膜的堵塞、污染一直未得到良好的解決。

3 含鉻廢水高效膜處理新技術(shù)的應(yīng)用

采用超濾膜在含鉻廢水處理運行的過程中經(jīng)常會遭遇顆粒、膠體污染，為解決這一難題,以往膜處理工藝需添加大量的絮凝劑[7]，從而保證進(jìn)膜設(shè)備的廢液濃度低于50ppm來減少膜的污染。對于膜污染問題，我們設(shè)計的高效膜處理新技術(shù)采用雙循環(huán)的運行模式，并將超濾膜技術(shù)與氣浮技術(shù)[8]相結(jié)合連接特制的分離裝置，有效地解決了膜污染問題，延長了膜的清洗周期及使用壽命，提高了膜的工作效率。根據(jù)實驗證明，該技術(shù)不僅可允許進(jìn)膜裝置的廢液濃度最高可達(dá)20000 ppm，而且出水水質(zhì)更好。

含鉻廢水高效膜處理新技術(shù)是將傳統(tǒng)的化學(xué)還原法與超濾膜污染控制技術(shù)相結(jié)合，本技術(shù)不僅解決了膜污染問題，還打破了繁瑣且操作困難的傳統(tǒng)技術(shù)[9]，從全新的角度出發(fā)，設(shè)計出適合重金屬污染企業(yè)較為實用的新技術(shù)，從而簡化了處理流程，降低了工程投資，減少占地面積，節(jié)約了大量時間，同時也增強了可操作性，在后續(xù)處理過程中以純物理的方法處理廢水，避免了投加化學(xué)藥劑所帶來的二次污染，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)水資源的重復(fù)利用，還提高了鉻渣的純度，可實現(xiàn)資源化利用。

整套含鉻廢水高效膜處理新技術(shù)系統(tǒng)由含鉻廢水預(yù)處理（調(diào)節(jié)、反應(yīng)、沉淀）、高效膜處理裝置、板框收渣三大部分組成。

處理工藝圖如下：

3.1 含鉻廢水（含Cr6+、Cr3+等重金屬離子）進(jìn)入調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)水質(zhì)水量后進(jìn)入反應(yīng)池，調(diào)節(jié)PH并加入還原劑，將Cr6+還原成Cr3+，然后廢水進(jìn)入沉淀池，加入氫氧化鈉調(diào)節(jié)廢水篇pH值至7～8，使廢水中的Cr3+沉淀，化學(xué)反應(yīng)方程式如下：